[发明专利]具有高透明度和可拉伸性电容的触觉传感器及其制备方法

权利要求书

1.一种具有高透明度和可拉伸性电容的触觉传感器的制备方法，其特征在于，所述的触觉传感器从底部向上每层依次为底部PDMS衬底层、底部PI增强层、中间PDMS隔离层、顶部PI增强层和顶部PDMS衬底层；其中，底部PI增强层和顶部PI增强层中分别嵌入纳米纤维导电层以作为相应的底部纳米纤维导电层和顶部纳米纤维导电层；所述的底部纳米纤维导电层和顶部纳米纤维导电层在水平层面上分别沿X轴和Y轴布置；纳米纤维导电层的材质为银纳米纤维，由多条平行的连续等间距拱形组成，呈蛇形布置，形成图案化蛇形电极结构；制备方法包括以下步骤：

步骤（1）制备银纳米纤维网络结构：

在接地绝缘环境下，采用聚乙烯醇溶液，在工作电压10KV-20KV下进行纺丝，并90°调整基板方向再次纺丝，得到纳米纤维网络；对获得的纳米纤维网络进行蒸汽处理，并在80-120W功率下使用磁控溅射对纳米纤维网络沉积银，获得银纳米纤维网络；

步骤（2）将银纳米纤维网络转移到聚合物基板上：

在硅片上以2500-3500r/min的速度旋转涂覆聚甲基丙烯酸甲酯20-40s获得PMMA层，然后在160-200℃的热板上烘烤100-140s；然后再在PMMA层上以3500-4500r/min的速度旋转涂覆聚酰胺酸溶液50-70s，形成PI层，硅片、PMMA层和PI层三层结构整体作为晶片；

将步骤（1）获得的银纳米纤维网络放置在晶片的PI层上，并使用氮气轻吹晶片；然后将晶片放在热板以140-160℃烘烤8-12min，再在真空炉中以240-260℃烘烤100-140min，固化嵌入银纳米纤维网络的PI层；在PI层上覆盖中空掩膜钢，通过热蒸镀技术，在气压4×10^-4Pa以下，以2-4埃/s的蒸发速率在PI层的掩膜钢空心处沉积280-320nm 的Ag，作为电极输出端部分；然后在PI层上表面继续制备PI层以完全包覆银纳米纤维网络及电极输出端；

步骤（3）蚀刻蛇形痕迹：

在PI层上，通过80-120W功率、0.3-0.5Pa条件下磁控溅射沉积二氧化硅牺牲层，厚度80-120nm，并采用光刻法形成蛇形光刻胶图案作为保护层；依次使用六氟化硫和氧气通过反应离子蚀刻方法去除并清洁晶片未被保护的区域；采用湿法蚀刻工艺，分别使用氢氧化铵、双氧水、水混合刻蚀晶片未被保护的银纳米纤维网络；随后采用氧气通过反应离子蚀刻方法去除晶片结构最上面未被保护的PI层；最后采用缓冲氧化物蚀刻剂去除保护层顶端二氧化硅牺牲层；

步骤（4）转移与粘结图形化纳米纤维网络电极：

利用水溶性胶带将整个结构与硅片脱离，然后浸泡在40-60℃的丙酮中去除晶片中的PMMA层；随后用磁控溅射法蒸镀Cr和SiO₂做保护；在新的硅片上依次制备一层PMMA和一层PDMS，并用臭氧等离子体处理PDMS层表面，以增强与PI的粘附力；将电极结构转移到所制备的PDMS表面上；利用水溶性胶带置于水中溶解8-12h，将整个结构与硅片脱离获得上层电极阵列；

然后以同样的方法制备下层电极阵列；

在其中一个电极阵列的表面旋涂一层PDMS，并在50-70℃的温度下固化8-12分钟；

将两个电极阵列进行垂直和面对面的粘接固化，并去除结构外层PMMA，得到具有透明和可拉伸电容矩阵的触觉电子器件；

步骤（5）将组合结构与柔性扁平电缆互连：

在170-190℃回流炉中，将电极输出端与柔性扁平电缆粘结焊接并注胶加固以完成触觉传感器阵列的制备。